Roteiro de Calculo e Pecas Especiais para Sistemas de Bombeamento - Consultoria HVic Engenharia

Analise o case a seguir A HVic Engenharia é uma empresa notória de São Paulo que atua na construção civil tendo seu negócio pautado em licitações de órgãos públicos a partir da operação em escritório e visitas técnicas em obras e empreendimentos Com o foco cada vez mais contundente em expandir sua área de atuação e atender clientes e projetos mais variados a empresa que atua principalmente na área de patologias tecnologia do concreto e auditoria de obras busca implementar uma nova área Assim a estratégia da empresa foi criar uma nova área de hidráulica aplicada para grandes e pequenos projetos hidráulicos Um dos grandes desafios da empresa para implementar o novo setor de hidráulica aplicada é a criação de novos parâmetros de referência para a execução de serviços como a criação de um roteiro de cálculo específico lista das principais peças especiais e conexões dos sistemas entre outros Assim a equipe de engenharia da empresa precisa analisar a melhor forma para gerar um material de referência de qualidade que facilite e padronize o trabalho do setor Além disso a empresa busca atender aos critérios técnicos de segurança e de operação do sistema a fim de evitar falhas futuras e problemas na instalação e operação Analisando a situação apresentada anteriormente no case é fundamental para implementar uma nova documentação técnica que o setor de engenharia produza um modelo especifico de referência Entre os modelos de sistemas hidráulicos que podem ser produzidos os sistemas de bombeamento recebem prioridade porque os engenheiros julgam que um grande número de novas propostas comerciais envolve esses sistemas Dessa forma para a produção de um modelo de roteiro de cálculo e lista de principais peças especiais e conexões para um sistema de bombeamento é um fator crucial a consideração de premissas de cálculo e a inserção de peças especiais que garantam a boa operação do sistema sem falhas Como consultor de projetos hidráulicos você foi contratado pela HVic Engenharia para desenvolver um modelo de roteiro de cálculo e lista das principais peças especiais e conexões para um sistema de bombeamento A empresa solicita que o engenheiro divida a lista de peças especiais e conexões em duas partes lista para a tubulação de sucção e lista para a tubulação de recalque Além disso o roteiro de cálculo deve ser dividido em duas partes cálculo da tubulação de sucção e cálculo da tubulação de recalque O modelo de roteiro de cálculo que a empresa usa se apresenta conforme o exemplo utilizado em projetos de concreto CLIQUE NOS BOTÕES PARA MAIS INFORMAÇÕES 1 2 3 1º Passo calcular a massa específica do concreto Objetivo do 1º passo definir a massa específica do concreto cujo valor é utilizado para calcular a quantidade da massa de concreto empregada na obra a partir do volume das formas bem como é utilizada em outras equações Equação do 1º passo Me MV em que Me é a massa específica do concreto na unidade kgm³ M é a massa do concreto na unidade kg e V é o volume de concreto na unidade m³ Por meio de um relatório feito no editor de texto do Word entre três e sete páginas formatado de acordo com as normas ABNT deverá ser produzida uma lista das principais peças especiais e conexões de sistemas de bombeamento em duas partes lista para a tubulação de sucção e lista para a tubulação de recalque Roteiro de cálculo e lista de peças especiais e conexões para um sistema de bombeamento Tubulação de sucção 11 Lista para a tubulação de sucção Válvula de pé com crivo para evitar a entrada de sólidos na tubulação de sucção Filtro de sucção para reter partículas sólidas Curvas de 90º para mudança de direção da tubulação União com junta mecânica para facilitar a manutenção da tubulação Tubos de sucção Juntas de expansão Válvula de retenção 12 Roteiro de cálculo para a tubulação de sucção 1 passo Definição das premissas de cálculo Vazão de projeto Qp informação fornecida pelo cliente Altura de sucção Hs informação fornecida pelo cliente Altura geométrica total Hg informação fornecida pelo cliente Comprimento da tubulação de sucção Ls informação fornecida pelo cliente Diâmetro da tubulação de sucção Ds informação fornecida pelo cliente Altitude da bomba acima do nível do mar Hb informação fornecida pelo cliente Altitude do reservatório acima do nível do mar Hr informação fornecida pelo cliente Objetivo do 1 passo definir as premissas de cálculo necessárias para o dimensionamento e seleção adequada de uma bomba para o sistema em questão Essas premissas incluem informações fornecidas pelo cliente como a vazão de projeto a altura de sucção a altura geométrica total o comprimento e diâmetro da tubulação de sucção a altitude da bomba acima do nível do mar e a altitude do reservatório acima do nível do mar 2 passo Cálculo da velocidade mínima na tubulação de sucção Vmín 07 ms valor recomendado pela norma NBR 5626 Objetivo do 2 passo calcular a velocidade mínima necessária na tubulação de sucção utilizando como referência o valor recomendado pela norma NBR 5626 que é de 07 ms Essa velocidade é importante para garantir que o fluxo de líquido na tubulação seja adequado evitando problemas como a formação de bolhas de ar perda de carga excessiva e cavitação na bomba Ao calcular a velocidade mínima na tubulação de sucção é possível garantir que a bomba selecionada para o sistema seja adequada e eficiente fornecendo o fluxo de líquido necessário para as necessidades do cliente 3 passo Cálculo da vazão na tubulação de sucção Objetivo do 3 passo calcular a vazão na tubulação de sucção que é a quantidade de líquido que será transportada pela bomba O cálculo da vazão é essencial para determinar a capacidade da bomba necessária para atender às demandas do sistema em questão É importante que a vazão seja calculada com precisão pois uma vazão insuficiente pode resultar em falha no fornecimento de líquido enquanto uma vazão excessiva pode levar a problemas como cavitação e desgaste prematuro da bomba Ao calcular a vazão na tubulação de sucção é possível garantir que a bomba selecionada seja adequada para as necessidades do cliente e capaz de fornecer o fluxo de líquido necessário de forma eficiente Equação do 3 passo 𝑄 𝑄𝑝 1 003 𝐻𝑔 𝐻𝑠 𝐷𝑠 487 onde Q é vazão na tubulação de sucção m³h Qp é a vazão de projeto m³h Hg é a altura geométrica total m Hs é a altura de sucção m e Ds é o diâmetro interno da tubulação de sucção mm 4 passo Cálculo da velocidade na tubulação de sucção Objetivo do 4 passo calcular a velocidade na tubulação de sucção que é a velocidade com que o líquido flui pela tubulação Esse cálculo é importante porque a velocidade afeta diretamente a perda de carga na tubulação e consequentemente a eficiência da bomba Uma velocidade muito baixa pode resultar em acúmulo de sedimentos na tubulação enquanto uma velocidade muito alta pode resultar em perda de carga excessiva e desgaste prematuro da bomba Ao calcular a velocidade na tubulação de sucção é possível determinar se a tubulação é adequada para o fluxo de líquido e se a bomba selecionada é capaz de operar de forma eficiente Também é possível identificar possíveis problemas como obstruções na tubulação que podem afetar a vazão e a pressão do sistema Equação do 4 passo 𝑉 4 𝑄 𝜋 𝐷𝑠2 3600 onde V é a velocidade na tubulação de sucção ms 5 passo Cálculo da perda de carga na tubulação de sucção Objetivo do 5 passo calcular a perda de carga na tubulação de sucção que é a perda de pressão que ocorre devido ao atrito entre o líquido e a parede da tubulação bem como outras fontes de resistência ao fluxo A perda de carga é importante porque afeta a eficiência da bomba e a capacidade do sistema de fornecer o fluxo de líquido necessário Se a perda de carga for muito alta pode ser necessário aumentar a potência da bomba ou modificar a tubulação para reduzir a resistência ao fluxo Ao calcular a perda de carga na tubulação de sucção é possível avaliar a eficiência do sistema e determinar se a bomba selecionada é capaz de fornecer o fluxo de líquido necessário com a pressão adequada Além disso a perda de carga também pode ajudar a identificar possíveis obstruções na tubulação ou outras fontes de resistência ao fluxo que possam afetar a operação do sistema Equação do 5 passo ℎ𝑓 𝑓 𝐿𝑠 𝐷𝑠 𝑉2 2 𝑔 Onde hf é perda de carga na tubulação de sucção m f é o coeficiente de atrito de DarcyWeisbach adimensional Ls é o comprimento da tubulação de sucção m Ds é diâmetro interno da tubulação de sucção mm V é a velocidade na tubulação de sucção ms e g é a aceleração da gravidade ms² Tubulação de recalque 21 Lista para a tubulação de recalque Válvula de retenção Válvula de globo Válvula borboleta Registro de gaveta Flanges Curvas Reduções Luvas de junção Tubulações cujo comprimento é definido pelo cliente 22 Roteiro de cálculo para a tubulação de recalque 1 passo Definição das premissas de cálculo Vazão de projeto Qp informação fornecida pelo cliente Altura de recalque Hr informação fornecida pelo cliente Comprimento da tubulação L informação fornecida pelo cliente Fator de atrito f obtido pela equação de ColebrookWhite ou pelo Diagrama de Moody e Diâmetro da tubulação D calculado a partir da vazão de projeto e da velocidade de escoamento Objetivo do 1 passo é definir as premissas de cálculo para o dimensionamento da tubulação de recalque que é a tubulação que conduz o líquido bombeado pela bomba Essas premissas incluem informações fornecidas pelo cliente como a vazão de projeto a altura de recalque o comprimento da tubulação e o diâmetro da tubulação bem como o fator de atrito que é obtido pela equação de ColebrookWhite ou pelo Diagrama de Moody O objetivo dessas premissas é estabelecer os parâmetros necessários para o cálculo do diâmetro da tubulação de recalque e do fator de atrito que são importantes para determinar a pressão e a velocidade do líquido que flui pela tubulação Ao definir essas premissas com precisão é possível garantir que a tubulação seja dimensionada adequadamente para atender às demandas do sistema evitando problemas como perda de carga excessiva baixa eficiência da bomba ou vazamentos 2 passo Cálculo do número de Reynolds Re Objetivo do 2 passo calcular o número de Reynolds Re para a tubulação de recalque O número de Reynolds é uma grandeza adimensional que indica o tipo de escoamento que ocorre em uma tubulação Ele é determinado pela relação entre as forças de inércia e as forças viscosas no fluido O número de Reynolds é um parâmetro importante para determinar o comportamento do fluido na tubulação Para valores de Re abaixo de 2000 o escoamento é laminar enquanto para valores acima de 4000 o escoamento é turbulento Entre esses valores ocorre uma transição gradual entre os dois tipos de escoamento O conhecimento do número de Reynolds é fundamental para o dimensionamento adequado da tubulação uma vez que o tipo de escoamento influencia diretamente a perda de carga e a distribuição da velocidade e da pressão ao longo da tubulação Equação do 2 passo 𝑅𝑒 𝜌𝑣𝐷 𝜇 onde 𝜌 é a densidade absoluta da água em kgm³ v é a velocidade da água pela tubulação de recalque em ms D é o diâmetro interno da tubulação em m e 𝜇 é a viscosidade dinâmica da água em Pas 3 passo Cálculo do fator de atrito f Objetivo do 3 passo calcular o fator de atrito f para a tubulação de recalque que é um parâmetro importante para determinar a perda de carga e a velocidade do fluido que flui pela tubulação O fator de atrito é uma medida da resistência do fluido ao escoamento em uma tubulação e depende das características da tubulação como o diâmetro a rugosidade a viscosidade do fluido e a velocidade de escoamento O cálculo do fator de atrito é necessário para determinar a pressão e a velocidade do líquido que flui pela tubulação Existem várias equações empíricas que podem ser usadas para calcular o fator de atrito sendo a equação de ColebrookWhite uma das mais comuns O cálculo do fator de atrito é fundamental para o projeto de sistemas de tubulações uma vez que a perda de carga que é diretamente relacionada ao fator de atrito afeta a eficiência da bomba e a capacidade do sistema de fornecer o fluxo de líquido necessário Equação do 3 passo 1 𝑓 20 log10 𝜀 𝐷 37 251 𝑅𝑒𝑓 onde 𝜀 é a rugosidade absoluta da tubulação em mm D é o diâmetro interno da tubulação em mm Re é o número de Reynolds que é adimensional 4 passo Cálculo do dimensionamento da tubulação D Objetivo do 4 passo determinar o diâmetro adequado da tubulação de recalque com base na vazão de projeto e na velocidade de escoamento do fluido O diâmetro da tubulação é um fator importante que influencia diretamente a perda de carga e a eficiência do sistema de bombeamento Uma tubulação com diâmetro insuficiente pode causar alta perda de carga o que reduz a vazão e a eficiência do sistema além de aumentar o consumo de energia da bomba Por outro lado uma tubulação com diâmetro excessivo pode ser desnecessariamente cara e ocupar muito espaço Para calcular o diâmetro adequado da tubulação é necessário levar em consideração a vazão de projeto a velocidade de escoamento do fluido e o número de Reynolds A escolha do diâmetro adequado também deve levar em consideração as características da bomba a perda de carga ao longo da tubulação e as condições de operação do sistema É importante ressaltar que o diâmetro escolhido deve ser um valor comercialmente disponível e que atenda às normas e regulamentações aplicáveis Equação do 4 passo 𝐷 4 𝜋𝑉 onde D é o diâmetro da tubulação e V é a velocidade da água pela tubulação Referências bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT NBR 5626 Sistemas Prediais de Água Fria Rio de Janeiro 2020 DE ALENCAR Marcelo Sampaio Hidráulica Básica Editora LTC 2018 FRASSON Antônio Carlos Manual de Instalação Hidráulica Editora Senai SP 2013 GUEDES Luiz Affonso Manual de Bombas Hidráulicas Editora Blücher 2014 TAVARES João Manuel R S Bombas e Sistemas de Bombeamento Editora LTC 2017